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磁放大器能使開關(guān)電源得到精確的控制,從而提高了其穩(wěn)定性。

磁放大器磁芯可以用坡莫合金,鐵氧體或非晶,納米晶(又稱超微晶)材料制作。

非晶、納米晶軟磁材料因具有高磁導(dǎo)率,高矩形比和理想的高溫穩(wěn)定性,將其應(yīng)用于磁放大器中,能提供無與倫比的輸出調(diào)節(jié)精確性,并能取得更高的工作效率,因而倍受青睞。非晶、納米晶磁芯除上述特點(diǎn)外還具備以下優(yōu)點(diǎn):

1、飽和磁導(dǎo)率低;

2、矯頑力低;

3、復(fù)原電流小;

4、磁芯損耗少;

磁放大器的原理線路見圖1。圖中鐵心A和B的結(jié)構(gòu)尺寸及材料均相同,每個鐵心上繞有直流繞組和交流繞組,兩直流繞組和兩交流繞組的匝數(shù)相同。兩直流繞組反接串聯(lián)后接至直流控制電源。兩鐵心中的交流磁通Φ~方向相同,而直流磁通Φ=方向則相反。兩直流繞組反接串聯(lián)的目的是為了抵消兩鐵心中的交流磁通在直流繞組上感應(yīng)的交變電動勢。當(dāng)直流繞組中輸入的直流控制電流為零時,兩鐵心中均無直流勵磁,兩交流繞組的電感最大,電抗值也最大,此時交流負(fù)載電流為最小。當(dāng)輸入直流控制電流時,鐵心中的直流磁通增加,磁通密度相應(yīng)增加,兩交流繞組的電感減小,輸出交流負(fù)載電流增大。

磁放大器輸出電流與輸入電流的比值,稱為磁放大器的電流放大系數(shù)。輸出負(fù)載功率與輸入控制功率的比值,稱為磁放大器的功率放大系數(shù)。簡單磁放大器的輸出電流與輸入電流的極性

說明圖

無關(guān)。輸入控制電流為零時,輸出電流并不等于零,而有一空載電流I0。直流控制電流與交流負(fù)載電流的特性見圖2。

當(dāng)輸入直流控制電流大到一定程度

原理說明圖

后,輸出交流負(fù)載電流的變化趨于平坦。簡單的磁放大器的放大系數(shù)較小,要進(jìn)一步增大放大系數(shù),可將輸出的交流電流整流成直流后,作為輸入量的一部分反饋到磁放大器中。即在兩個鐵心上再各繞一個反饋繞組,繞向與直流繞組相同。在交流電路中串聯(lián)一橋式整流器,被整流后的電流與兩個反饋繞組相串聯(lián)。反饋繞組的匝數(shù)越多,輸入輸出特性越陡。反饋繞組的匝數(shù)過多時,則出現(xiàn)特性的跳躍變化(圖3), 此時稱為磁放大器的繼電工作特性。

工作原理說明

利用磁放大器在繼電狀態(tài)下的工作特性做成的無觸點(diǎn)磁繼電器和磁性邏輯元件,曾在50年代得到一定的運(yùn)用。隨著半導(dǎo)體元件的發(fā)展,磁性邏輯元件已被淘汰。但由于磁放大器具有壽命長、過載能力強(qiáng)、可以在振動和沖擊條件下工作和無需經(jīng)常維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),仍用于自動控制、自動調(diào)節(jié)等自動化系統(tǒng)中。

此電路的優(yōu)點(diǎn)如下:

1、電路結(jié)構(gòu)簡單,使用元器件數(shù)量少,除了兩只功率管以外,其它元器件均是永久性或半永久性的,可靠性極高,制作也很方便;

2、電路中沒有隔離反饋放大器,因此調(diào)整極其容易,而且一旦調(diào)整好后就無須維護(hù),前級變換功率取決于后級總輸出功率;

3、各路的輸出特性相互獨(dú)立,獨(dú)自調(diào)整穩(wěn)壓,無主、輔路之分,所以,各輸出電路的負(fù)載調(diào)整率的交叉負(fù)載調(diào)整率都非常理想,小于0?5%;

4、磁放大器在功率開通瞬間,處于"開路"狀態(tài),功率管在此刻的導(dǎo)通電流趨近于零,因而,損耗減到了最低限度,這有利于變換器的高頻化和高效率;

5、由于前級功率變換器為不調(diào)寬的純正方波,以及后級接了磁放大器,這樣可以大幅度地降低輸出紋波的峰-峰值,普通PWM型電源的輸出紋波大約為輸出電壓標(biāo)稱值的1%左右,而采取帶磁放大器的整流電路,紋波的峰-峰值可比較容易地降低到0.1%左右。

上述磁放大型穩(wěn)壓電源的綜合電特性都是其它PWM隔離負(fù)反饋多路電源所無法比似的。尤其對多路電源實(shí)際應(yīng)用來講,可以對電源內(nèi)部特性和電子系統(tǒng)的負(fù)載特性不予考慮,拿來就能使用,用上就無問題。

現(xiàn)代磁放大型穩(wěn)壓電源還存在如下一些問題,有待解決。

1、電路形式需進(jìn)一步完善(尤其是電源前級功率變換電路),應(yīng)加入過、欠壓保護(hù),過流、短路保護(hù),電源使能端。

2、進(jìn)一步提高工作頻率,以便減小體積。

3、進(jìn)一步提高效率,減小磁損。

磁放大器和其他磁性元件一樣,在它的線圈里總是裝有磁芯.因?yàn)榇判居休^大的磁導(dǎo)率,可以增加線圈中的磁通,但對磁放大器來說目的不是利用磁芯有較大的磁導(dǎo)率,而是利用其磁芯材料非線性這一特點(diǎn).這種非線性越突出其作用也就越為明顯有效,

磁放大器扼流圈的核心是一個由軟磁合金制成帶有矩形磁滯回線的環(huán)形磁芯.在大多數(shù)情況下只有一組線圈是用來工作及控制電流的.對于扼流線圈材料的規(guī)格要求是非常高的,除了低磁性反轉(zhuǎn)損耗(影響到熱聚集控制電流效率)以外以高頑磁(影響到控制范圍)為特點(diǎn)的矩形磁滯回線及好的飽和特性也是必須的。

磁放大器的功能可以描述成類似開關(guān)晶體管的高速開關(guān),矩形B-H回線與兩種工作狀態(tài)有關(guān),只要扼流線圈一受磁開關(guān)就斷開,電流就不能輸出.一旦磁芯材料達(dá)到飽和開關(guān)就接通,電流即開始輸出.這個結(jié)果是基于扼流線圈在進(jìn)入飽和條件時它的阻抗|Z|要經(jīng)過3 4 個數(shù)量級的快速變化這一特點(diǎn)。

當(dāng)外加電壓為u(t)=Umsinwt 時,磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度將按B=-(Um /wNAe)cosùt 變化,磁放大器中的電流可依據(jù)下圖由作圖法求出:

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當(dāng)t=0 ,磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度處于負(fù)的最大值,磁通變化率為零,電流會從-imax 對應(yīng)-Hc 躍變到imax 對應(yīng)Hc ,此后電流值保持不變.

當(dāng)t=pi/w 磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度處于正的最大值,磁通變化率為零,電流會從imax 對應(yīng)Hc 躍變到-imax 對應(yīng)-Hc ,此后電流值保持不變.

磁放大器飽和電抗器的電壓與電流是同相位關(guān)系,因此從本質(zhì)上講它是一個耗能元件而一般電抗器為一無功元件電流滯后90度。